| Περίληψη |
Εντατικές έρευνες, της τελευταίας κυρίως εικοσαετίας, εστιάζονται στην
κατανόηση των βασικών μηχανισμών αλληλεπίδρασης των παθογόνων
μικροοργανισμών με τους ξενιστές τους, τόσο τους μηχανισμούς παθογένειας των
μικροοργανισμών όσο και τους μηχανισμούς άμυνας των ξενιστών τους, σε μοριακό επίπεδο. Αν και οι γνώσεις μας σχετικά με τα παραπάνω παραμένουν ελλιπείς, σημαντική πρόοδος έχει επιτευχθεί μέσω της εφαρμογής μοριακών τεχνικών και
βιοπληροφορικών εργαλείων στη μελέτη επιλεγμένων παθοσυστημάτων.
Ειδικότερα, η διαθεσιμότητα της πλήρους αλληλουχίας των γονιδιωμάτων
διάφορων παθογόνων μικροοργανισμών ή/και των ξενιστών τους, παρέχουν τη
δυνατότητα στους ερευνητές να εμβαθύνουν περισσότερο στους
μοριακούς/κυτταρικούς μηχανισμούς αλληλεπίδρασης παθογόνου-ξενιστή.
Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή (Δ.Δ.) χωρίζεται σε τέσσερις διακριτές
ενότητες. Στην 1η ενότητα παρουσιάζεται η βιοπληροφορική και λειτουργική ανάλυση δύο πιθανών νέων βακτηριακών πρωτεϊνών «τελεστών» παθογένειας που εκκρίνονται από το εκκριτικό σύστημα τύπου ΙΙΙ (type III effector proteins, T3EPs) του βακτηριακού στελέχους Pseudomonas syringae pv. syringae στέλεχος
B728a καθώς και ομολόγων τους από άλλους παθότυπους του είδους P. syringae.
Ακολουθούν τα αποτελέσματα από την βιοπληροφορική ανάλυση και την
γονιδιωματική εξόρυξη πιθανών γενετικών νησίδων που σχετίζονται με την κωδικοποίηση εκκριτικών συστημάτων τύπου VI (T6SS) στα στελέχη των τριών παθότυπων του είδους P. syringae για τα οποία είναι πλήρως γνωστές οι γονιδιωματικές αλληλουχίες. Τα στελέχη αυτά φαίνεται να φέρουν από μία έως δύο γονιδιακές νησίδες με υψηλή ομολογία και συνταίνια με μια γονιδιακή νησίδα που
κωδικοποιεί ένα εκ των τριών T6SS του πολυπαθογόνου βακτηρίου Pseudomonas aeruginosa.
Στην 2η ενότητα της Δ.Δ. παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της
λειτουργικής αξιολόγησης βακτηριακών T3EPs ως προς την επίδραση τους στους
μηχανισμούς γονιδιακής σίγησης που διαμεσολάβούνται από RNA (RNA
mediated gene silencing) στα φυτά, και πιο συγκεκριμένα στον μηχανισμό της
μετά-μεταγραφικής γονιδιακής σίγησης (Post transcriptional gene silencing,
PTGS). Τα αποτελέσματα αυτά αποκάλυψαν ότι ορισμένοι T3SPs των
φυτοπαθογόνων βακτηρίων επιδρούν στα μονοπάτια επαγωγής μεταγραφικής
σίγησης γονιδίων στα φυτά. Ερευνήθηκαν μια σειρά T3SPs από διαφορετικούς παθότυπους (pathovars) του είδους P. syringae και διαπιστώθηκε ότι ένας σημαντικός αριθμός αυτών επηρεάζει θετικά την επαγωγή της PTGS του γονιδίου GFP στο φυτό N. benthamiana ενώ ένας τουλάχιστον T3EP φαίνεται να δρα κατασταλτικά. Τα πειράματα αυτά ανέδειξαν ένα νέο τρόπο δράσης ορισμένων T3EPs και έθεσαν τη βάση για την ανάπτυξη μιας νέας βιοδοκιμής για το λειτουργικό χαρακτηρισμό των πρωτεϊνών αυτών. Φαίνεται ότι τα φυτοπαθογόνα
βακτήρια, όπως και οι ιοί, στρατολογούν ειδικές πρωτεΐνες οι οποίες στοχεύουν το
μηχανισμό γονιδιακής σίγησης του φυτού στα πλαίσια πρόκλησης ασθενειών.
Στην 3η ενότητα της Δ.Δ. διερευνήθηκε η επίδραση της περιπλασμικής
οξείδωσης των πολυαμινών (PΑs) στην εκδήλωση ανθεκτικότητας σε ένα βιότροφο βακτήριο, ένα ημιβιότροφο ωομύκητα και ένα ιικό παθογόνο. Τεκμηριώνεται ότι φυτά καπνού που υπέρ-εκφράζουν μια οξειδάση των PΑs (S-PAO) έχουν αυξημένα επίπεδα οξείδωσης των PAs στον αποπλάστη σε σχέση με φυτά αγρίου τύπου και
αυξημένη μεταγραφή γονιδίων σχετιζόμενων με την διασυστηματική επίκτητη ανθεκτικότητα (systemic acquired resistance-SAR), καθώς και δευτερογενείς αντιδράσεις ανθεκτικότητας που οδηγούν στην ενίσχυση των κυτταρικών
τοιχωμάτων. Η υψηλή ενεργότητα της PAO λειτουργεί ως παρεμποδιστικός
παράγων στην ανάπτυξη των βακτηρίων και του ωομύκητα στον μεσοκυττάριο
χώρο, με αποτέλεσμα τον σημαντικά μειωμένο αποικισμό του ξενιστή. Κατά
συνέπεια, η περιπλασμική υπερέκφραση της ΡΑΟ στο φυτό προσδίδει
ανθεκτικότητα σε παθογόνα τα οποία αναπτύσσονται στο περιβάλλον του
αποπλάστη, και παρουσιάζει ενδιαφέρον από πλευράς γενετικής μηχανικής για την ενίσχυση της αντοχής των φυτών σε βιότροφα ή ημιβιότροφα μικροβιακά
παθογόνα.
Στην 4η ενότητα παρουσιάζεται η συνδυασμένη αξιολόγηση και αξιοποίηση
των δεδομένων της γονιδιωματικής έρευνας τόσο σε παθογόνους μικροοργανισμούς (βακτήρια και ιούς) όσο και των οικονομικής σημασίας φυτικών ειδών, αλλά και φυτών μοντέλων, για την ανάπτυξη ενός πρωτότυπου πακέτου «Λειτουργικών
Δεικτών» ή «Βιοδεικτών» για την εφαρμογή του σε προγράμματα συμβατικής γενετικής βελτίωσης καλλιεργούμενων φυτών για ανθεκτικότητα σε ασθένειες.
Από τα αποτελέσματα καταδεικνύεται η παραπάνω δυνατότητα με τη χρήση
γονιδίων/πρωτεϊνών αμολυσματικότητας προερχόμενων από επιλεγμένους
παθογόνους μικροοργανισμούς και ιούς.
|
Γονιδιωματική εξόρυξη και λειτουργική αξιολόγηση βακτηριακών παραγόντων παθογένειας και μελέτη μηχανισμών αλληλεπίδρασης Παθογόνου-Ξενιστή
